16

2. Загрузка ОС УПК АСУ с использованием ПО GRUB2

Все учебные работы, выполняемые в среде ОС УПК АСУ, требуют использования личных flashUSB студента. Такой подход обусловлен двумя причинами:

•стремлением минимизировать затраты на установку и сопровождение ПО ОС УПК АСУ;

•желанием обеспечить для каждого студента возможность формирования и

сохранения личной рабочей среды, специализированной для выполнения работ по изучаемой дисциплине.

Личный flashUSB студента должен обеспечивать:

•загрузку ОС УПК АСУ на компьютерах учебных классов кафедры АСУ;

•загрузку ОС на компьютерах как с архитектурой BIOS, так и с архитектурой UEFI;

•самостоятельную загрузку ОС в автономном (аварийном) режиме: без

установки ПО ОС УПК АСУ на внешние носители компьютера. Предъявленные требования к flashUSB студента обеспечиваются:

•созданием на ней нужной структуры блочного устройства;

•форматированием ее раздела в соответствии с требованиями UEFI;

•установкой на устройство универсального загрузчика GRUB2;

•копированием на нее минимального варианта ПО ОС УПК АСУ. Физические требования к такой flashUSB ограничены:

•возможностью доступа к ней на уровне BIOS или UEFI компьютера;

•объемом хранимой информации не менее 2 Гбайт.

Замечания

Подготовка личного flashUSB студента предполагает:

•работу в уже загруженной ОС УПК АСУ;

•использование знаний и навыков, получаемых при изучаении

дисциплины «Операционные системы».

Учитывая указанные особенности, предполагаются следующий порядок изуче-ния и использования учебного материала данного раздела:

•учебный материал изложен в справочной форме, отражающей особеннос-ти текщей версии ПО ОС УПК АСУ;

•студенты, имеющие опыт и навыки работы с ПО GRUB2, подготавливают

личные flashUSB самостоятельно, учитывая требования и ограничения, изложенные в данном разделе;

•студенты, не имеющие опыт работы в среде ОС УПК АСУ, передают пре-

подавателю личные flashUSB, для установки на них ПО GRUB2, и продолжают изучение учебного материала данного раздела, рассматривая его как часть будущей лабораторной работы по изучаемой дисциплине.

17

Общая структура учебного материала данного раздела следующая:

•первые три подраздела содержат соответственно краткие характеристики BIOS компьютера, его современного расширения UEFI и ПО GRUB2;

•четвертый подраздел описывает процедуры создания нужной структуры блочного устройства flashUSB и установку на него ПО GRUB2;

•пятый подраздел дает описание файла конфигурации grub.cfg, учитывающий особенности запуска и применения ПО ОС УПК АСУ;

•шестой подраздел посвящен вопросам создания на личном flashUSB студента аварийного варианта ОС УПК АСУ.

2.1 Краткая характеристика BIOS компьютера

На соотвествующем историческом этапе развития архитектуры компьютеров появился BIOS, который является программным обеспечением, расположенным на материнской плате компьютера в микросхемах EEPROM и NVRAM.

BIOS — Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода.

EEPROM — Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory — электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.

NVRAM — Non Volatile Random Access Memory – энергонезависимая память или любое устройство компьютерной памяти, сохраняющее данные независимо от подачи на него питающего напряжения.

Справочную информацию по ПО BIOS можно найти в инструкции, которая прилагается к материнской плате, во время ее покупки. Но, поскольку, современные компьютеры покупаются с уже установленной материнской платой, то такой инструкции может не быть или она слишком краткая и не дает полной информации. В этом случае, следует воспользоваться сайтами, специализированными на описание BIOS и аппаратуры ЭВМ.

ПО BIOS начинает работать сразу, после включения питания компьютера, и выполняет процедуры, известные как Power-On-Self-Test или POST. После завершения этих процедур, ПО BIOS делает небольшой тайм-аут, который позволяет нажатием определенных клавиш запустить программу, изветную как BIOS Setup. Наиболее распространенные комбинации таких клавиш — Del, F2 или

Esc.

Программное обеспечение BIOS Setup обычно имеет текстовый интеративный интерфейс, использующий псевдографику. Он позволяет произвести различную настройку аппаратного обеспечения компьютера. Однако следует заметить, что неверные настройки BIOS могут не только нарушить работу компьютера, но даже могут вывести его из строя.

18

Основной настройкой BIOS Setup, которой должен уметь пользоваться каждый студет, является определение порядока проверки блочных устройств ЭВМ, используемый для установки нужного варианта загрузки ОС. Для этого, в главном меню BIOS Setup выбирается пункт меню Boot и дальнейшие действия осуществляются согласно подсказкам, отображаемым на экране компьютера.

После установки flashUSB первым загрузочным устройством, следует нажать клавишу F10. BIOS перезапустится с нужным порядком проверки блочных устройств.

Замечание

Чтобы ПО BIOS Setup могло определить и отобразить устройство flashUSB, его необходимо вставить в разъем USB, до перезагрузки компьютера.

Возможность загрузки компьютера с помощью flashUSB студента определяется следующими условиями:

•способностью BIOS определять flashUSB как блочное устройство, потенциальное для загрузки;

•наличие на устройстве flashUSB структуры MBR (Master Boot Record) с наличием раздела, который отмечен как загрузочный;

•наличие на устройстве flashUSB правильно записанного загрузчика ОС.

Невыполнение хотя бы одного из этих условий делает невозможной загрузку ОС с flashUSB студента.

2.2 Краткая характеристика UEFI компьютера

EFI — Extensible Firmware Interface — расширяемый интерфейс прошивки или интерфейс между ОС и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями оборудования, который предназначен для замены интерфейса BIOS. Первая спецификация EFI была разработана корпорацией Intel. Поздее, стандарты на это ПО стали называться UEFI.

UEFI — Unified Extensible Firmware Interface — новые стандарты EFI, разработкой которых занимается Unified EFI Forum.

Таким образом, UEFI — это новый интерфейс загрузки ОС, который, со временем, должен заменить интерфейс BIOS.

Новый интерфейс UEFI, по сравнению с интерфейсом BIOS, имеет возможность функционировать в трех режимах:

•защищенном режиме, в котором загружаются только ОС, серифицирован-

ные производителями оборудования ЭВМ, и не допускается вмешательство в этот процесс загрузки; типичным представителем ОС, способной загружаться в этом режиме, является MS Windows 8.1;

•открытом (незащищенном) режиме, в котором интерфейс видит внешние

19

устройства и специальные файловые системы этих устройств, позволяющие использовать загрузчики и ОС, поддерживающие интерфейс UEFI;

•режим совместимости (Legacy UEFI), в котором ПО UEFI имитирует работу ПО BIOS, поэтому в данном подразделе он не рассматриваетя.

ПО ОС УПК АСУ, являясь 64-битной ОС Linux, поддерживает загрузку и последующую работу с UEFI. Учитывая, что все современные материнские платы ЭВМ, являются 64-битными и содержат интерфейс UEFI, изучение процесса загрузки с помощью этого интерфейса становится актуальным.

FlashUSB студента, являясь сменным блочным устройством (removable device), опознается UEFI, работающим в незащищенном режиме. Чтобы оно рассматривалось как загрузочное устройство, необходимо выполнение следующих условий:

•для структуры устройства с MBR (Master Boot Record) должен иметься

раздел, поддерживающий тип FAT32 и отформатированный в FAT32; например разделы с типами файловых систем 0x0b или 0x0c;

•для структуры устройства с GPT (Global Partition Table) должен быть раздел с типом 0xef00, также отформатированный под ФС FAT32;

•в корне такой файловой системы должна быть директория /EFI/BOOT, в

которой должен находиться файл загрузчика ОС с именем BOOTX64.EFI. Таким образом, загрузка ОС УПК АСУ становится возможной даже, если UEFI компьютера не поддерживает режим Legacy.

2.3 Краткая характеристика ПО GRUB2

Проблема загрузки разных ОС с одного блочного устройства всегда будоражила умы пользователей ЭВМ, тем более, что емкость внешних устройств постоянно увеличивалась. Естественно, что этой проблемой всегда интересовались как отдельные программисты, так и разработчики ОС. Со временем, появилось множество программ, которые с тем или иным успехом справлялись с этой задачей.

Наиболее распространенными загрузчиками ОС являются:

NTLDR— загрузчик ядра MS Windows NT;

Windows Boot Manager (bootmgr.exe, winload.exe) — загрузчик ядра MS Windows Vista; bootmgfw.efi — для MS Windows 7, 8, 8.1 и других;

LILO (LInux Loader) — старый загрузчик ядра Linux;

GRUB (Grand Unified Bootloader) — новый загрузчик ядра Linux и Hurd;

RedBoot — загрузчик для встраиваемых систем;

SILO (SPARC Improved bootLOader) — загрузчик Linux и Solaris для машин с архитектурой SPARC;

Loadlin — загружает Linux из под MS DOS или MS Windows;